毕业设计（论文）-交流变频调速电梯PLc控制系统设计.doc

摘要随着社会的发展和科技的进步，人们的生活生产也发生了日新月异的变化，电梯已经成为了各大城市不可取少的工具。尤其是在物质和精神需求不断增长的今天，电梯已经不仅仅是一种代步工具，在许多大型城市，它已经衍生出了各种各样的产品。而现代电梯所包含的科技和技术亦是前所未有的，计算机、自动控制和电力电子等新兴技术在电梯的制造中都有所体现。现如今比较常见的电梯大多由PLC代替原来的继电器进行逻辑控制，在调速方面也大多使用快捷稳定的变频器进行控制。本次设计根据当今世界科技的发展趋势，将可编程序控制器（PLC）和变频器进行结合，通过合理的设计完成对电梯系统的控制，在可靠性，灵活性以及安全保护方面都有所提高。并且将乘坐时的舒适感也考虑到了设计当中，使得电梯达到了比较理想的水平。本设计所制造的电梯具有厅内外召唤、选层、楼层显示和警铃提醒等功能。本设计分析介绍了电梯的基本结构，阐述了电梯的工作原理，并且对PLC程序的分析和设计进行了重点编写。整体大致分为硬件设计和软件设计两部分，并在论文的最后对电梯的发展进行了总结和展望。关键词：电梯，PLC，变频器调速，梯形图AbstractWith the social development and technological advances, peoples live and production have taken place changes with each passing day, the elevator has become important tool for cities. Especially in the growing material and spiritual needs of today, the elevator has not only a tool of transport in many large cities, it has been derived varieties of products. The modern elevator technology and techniques is also unprecedented, computer, automatic control and power electronics and other emerging technology in the manufacture of the elevator are reflected. Now most of the elevator replace the relay by the PLC logic control, the governor also mostly used to control fast and stable drive. This design based on technological trends in todays world, the programmable logic controller (PLC) and frequency control drive the integration of the design is completed through the rational control of the elevator system, in reliability, flexibility, and security aspects of the increased. And when the ride comfort is also taken into the design, making the elevator reached the ideal level. The design of the elevator produced by the Office of internal and external calls with the election floor, floor displays and alarms to remind the other functions. The design describes the basic structure of the elevator and the elevator works, and the PLC program for the analysis and design of the focus of the preparation. Whole is broadly divided into hardware and software design in two parts, and in the end of the paper summarizes the elevator development and prospects.Key Words:elevator,PLC,frequency control,ladde第1章 绪论1.1 课题背景当今社会，日新月异，高层建筑已经成为一个城市发展所必不可少的建筑，与之相伴随的电梯也在生产和生活中有了广泛的应用。我们所定义的电梯，就是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 还有服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15度的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式要便于乘客出入或装卸货物。目前，电梯的控制方式大致分为两种：一是采用微机作为信号控制单元，二是采用可编程控制器（PLC）进行集选控制。两种方法各有优点。本次设计采用PLC对轿厢式电梯进行控制，这也是现在国内大多数电梯生产厂家所采用的电梯控制系统。1.1.1 电梯发展史升降工具在人类的历史上已经存在并应用了几千年，但驱动力一般是人力或畜力，直到1889年，升降机开始采用电力驱动，才真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。电梯进入中国市场已有一百多年的历史，但真正中国自主研究电梯是在建国以后。1979年以前，建国以来30年间，全国生产安装电梯约1万台。这些电梯主要是直流电梯和交流双速电梯。中国电梯产业在引入外资后才进入了真正的大发展阶段，中国电梯产业在80年代以后发展史可以说就是一部外资引进的发展史，从外资进入中国电梯行业的进程来看，中外电梯合资企业大体经历了如下四次发展阶段：中外合资中方控股、外方逐渐开始控股、基本由外方控股、全部为外方控股或独资。所以中国的电梯在技术方面一直没有自己的突破，所有的技术和大部分的设备都是依赖国外的大型电梯公司。 2000年5月，迅达电梯公司发布Eurolift无机房电梯。它采用高强度无钢丝绳芯的合成纤维曳引绳“SchindlerAramid”牵引轿厢。永磁电机无齿轮曳引机驱动。2000年，奥的斯公司发布Gen2无机房电梯。它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。无齿轮曳引机呈细长形，体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。2002年，正在建设中预计2004年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等以实现在安全稳定的前提下进行超高速运行。2008年，日立电梯在廊坊国际电梯展会上推出的“环保电梯”是真正意义上的“低碳节能”的环境友好型电梯，创立了低碳电梯的新标准。通过变频空调和空气洁净器的应用，使轿厢空气更流通、更清新。而能量再生技术、无段速技术等节能技术的应用，使日立电梯更加节省能源，减少碳排放。2008年，科威嵌入式电梯控制器以其独有的能用梯形图编程、兼容三菱PLC指令及编程环境、可自由组态显示、完全嵌入式结构设计、独特的程序加密方法，成为了关注的焦点。它独特的嵌入式电梯控制器可以让消费者通过梯形图语言设置自己需要的参数。1.1.2 电梯的发展趋势（1）电力拖动系统拖动技术拖动技术从直流拖动到交流变极调速（交流双速），到交流变压调速、到目前应用最为广泛的变频变压（VVVF）调速技术。变频变压调速技术发展很快，其调速性能已完全可与直流电机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。 （2）电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。（3）超高速电梯 曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。（4）蓝牙技术在电梯上广泛应用蓝牙技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。（5）绿色电梯与节能电梯将普及要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等。甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯补充能源。现如今随着一些高端科技的普及，应用到电梯行业的技术也越来越多。全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）；数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）；第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上）；双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）；快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）；节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）；数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制）；无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制）。1.2 关于PLC及PLC的特点PLC，即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源（PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去）；中央处理单元（中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行)；存储器(存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器）；输入输出接口电路（现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号）；功能模块（如计数、定位等功能模块）；通信模块（如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等）。21.2.1 PLC的发展历史1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14。1971年，日本研制出第一台DCS-8。1973年，德国研制出第一台PLC。1974年，中国研制出第一台PLC。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快便将其引入到可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2.2 PLC的主要特点PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强。PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都采取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。（2）通用性强，使用方便。PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。（3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4）编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。21.3 变频器及其特点1.3.1 关于变频器变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），它是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。变频器的主电路可分为两类：电压型和电流型。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到了广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使复杂的调速控制简单化，用变频器和交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，并且缩小了设备体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。1.3.2 变频调速控制电梯的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式3。（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。31.4 本课题主要研究内容本课题所研究的主要内容是利用可编程序控制器和变频器控制电梯运行的系统。首先对电梯系统及PLC和变频器做一些基本的介绍，然后阐述电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为信号控制和调速两部分。在确定了系统的总体结构之后，用PLC控制电梯运行的逻辑信号，用变频器控制调节电梯的运行速度，选择出PLC和变频器的型号。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的I/O接口的分配，以及旋转编码器与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出软件流程图，编写出控制程序梯形图。第2章 电梯控制系统的设计方案2.1 电梯的介绍2.1.1电梯的种类（1）按用途分类乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯：为运送病床、担架、医用车设计的电梯，轿厢长而窄。杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件等设计的电梯。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯：用作装运车辆的电梯。船舶电梯：船舶上使用的电梯。建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。（2）按驱动方式分类交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2m/s以上。液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯：将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯：其动力源是直线电机。电梯刚出现时，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现在已经没有以这些作为动力的电梯。（3）按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯：常指低于1/s速度的电梯。中速梯：常指速度在1-2m/s的电梯。高速梯：常指速度大于2m/s的电梯。超高速梯：速度超过5m/s的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。（4）按电梯有无司机分类有司机电梯：电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯：乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯：这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。（5）按操纵控制方式分类手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯：23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。（6）其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则有小型、大型、超大型等。（7）特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。2.1.2 电梯的主要参数及性能指标2.1.2.1 主要参数：（1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。（2）轿厢尺寸（mm）：宽深高。（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门。（7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。（8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。（9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。 （10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。（11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面间的垂直距离。（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。一般电梯的运行速度越快，底坑越深。（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。（15）井道尺寸（mm）：宽深。2.1.2.2 性能指标（1）安全性电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电梯的第一要求就是安全。电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。（2）可靠性电梯的可靠性很重要。要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。（3）停站的准确性停站准确性又称平层准确度。电梯技术条件对平层准确度规定如下：表2-1 平层准确度标准电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s）交流双速电梯0.25或0.5150.75或1.030交直流快速电梯1.52.015交直流高速电梯2.05电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。负载重，则惯性大，提速高惯性也大。因此检查平层准确度时，分别以空载，满载，上下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度。（4）振动、噪声及电磁干扰现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳，安静，无电磁干扰。（5）舒适感和快速感电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间，这对于现代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和减速度的过大的不合理变化又会造成乘客的不适感。因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛盾的因素。（6）节能现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的。2.1.3 电梯的结构及组成部件电梯是机电一体化产品。分为机械部分，电气部分和控制部分。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。（1）曳引系统电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（3）门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。（4）轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定（5）重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。（6）电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对曳引电机进行速度控制。（7）电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯用箭头指示电梯运行方向。 （8）安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。62.2 关于电梯调速方法的介绍电梯是由电动机拖动到，因此对电梯的调速控制，就是对电动机调速的控制，而电动机又分为直流和交流。2.2.1 直流电动机调速直流调速的平滑性好、范围广、无噪音，能满足人们快捷舒适的需求。但直流电动机具有结构复杂，制造和维修困难，体积大，占地面积大等缺点。2.2.2 三相交流异步电动机改变磁极对数调速要调节电动机的转速，只要调节定子绕组的磁极对数，即改变定子绕组的连接方式，就可得到不同的磁极对数。可见，变速调节具有结构简单、价格较低等优点；其缺点是磁极只能成倍变化，其转速也成倍变化，级差特别大，无法实现平稳运行，加上该电动机的效率低，只限于货梯上使用，现已趋于淘汰。2.2.3 交流异步电动机改变电压调速ACVVACVV是根据电动机的转速随定子所加电压的减小而降低；或随定子所加电压的增加而升高来实现变压调速的。常用反并联晶闸管或双向晶闸管组成变压电路，通过改变晶闸管的导通来改变输出电压的有效值，从而改变转速。晶闸管可选择在负载电源过零时自行关断的，而不必另加换流电路。变压调速就有结构简单，效率较高，电梯运行平稳，较舒适的优点；缺点是当电压较低时最大转矩锐减，低速运行可靠性差，而电压又不能高于额定电压，这就限制了调速范围；此外，供电电源含有高次谐波，加大了电动机的损耗和电磁噪声，降低了功率因数等。而变频调速电梯可避免ACVV电梯的不足。2.2.4 交流变压变频调速VVVF连续均匀的改变供电电源频率，就可平滑的改变低档机的转速，但同时也改变了电动机的最大转矩，而电梯为恒转矩负载，要求调速时保持最大转矩不变。因此，改变频率的同时必须改变电压，可见这种调速实际是变压变频调速。早期的变频装置是一套旋转变频机组 ，体积大，效率低，价格高，仅局限于对调速要求较高的少数电梯。随着电力电子技术和微电子技术以及现代控制理论的发展，相继开发出各种各样的变频装置，如PAM、PWM、SVPWM等专用变频器，其性能越来越高，越来越完善。VVVF电梯的核心是变频器，交流异步电动机电梯的调速性能取决于变频器的性能。62.3 本章小结本章阐述了电梯的分类和特点，电梯的参数和性能指标，以及电梯的结构及组成部件。并针对调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要性，对各种调速方式进行了全面的比较分析。第3章 电梯的结构和功能电梯PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。3.1 电梯系统的功能和基本结构（1）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行。 （2）行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车。（3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 （4）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示。（5）停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门。 （6）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车。 （7）无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车。 （8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。（9）电梯系统发生故障时，停止运行，并且警铃发出警报。轿厢操纵盘厅外呼梯 指层器安全装置输入 PLC 输出接口 接口 拖动控制井道装置 图3-1 PLC控制系统基本结构图当电梯正常工作时，可以由轿厢操纵盘和厅外呼梯对PLC发出指令，PLC经过分析指令进行逻辑判断，确定运行方向，开关门和停机，并且控制指层器和拖动系统做出相应动作。安全装置可以确保轿厢正常运行和乘客、货物的安全。井道装置是轿厢运行所连接的外部机械装置。73.2 变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。3.2.1 通用变频器上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程：(1)容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA, 400KVA以下的已经系列化。现在IGBT变频器的单机容量已1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。(2)结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技术，结构设计上采用平面安装技术等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化的发展。(3)多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平升级，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。(4)应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。3.2.2 安川VS-616G5型变频器电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。本次毕设采用安川VS-616G5型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。而且，VS-616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0. 010. 02%，使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速围。VS-616G5变频器的特点如下:(1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。(2)有丰富的内藏与选择功能。(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。(4)保护功能完善、维修性能好。(5)通过LCD操作装置，可提高操作性能。表3-1 VS616G5型变频器标准规格220V级输出特性最大输出电压3相,200/208/220/230V(对应于输入电压)额定输出频率最大400Hz额定输入电压和频率3 相，200/208/220V 50Hz200/208/220/230V 60Hz电源允许电压波动